鑿巖機器人鉆臂定位控制研究.pdf

1、鉆爆法（鉆孔、裝藥、爆破開挖巖石的方法）是井下采礦和隧道開挖普遍采用的施工方法。鑿巖機器人具有高度自主操作能力，能有效改善人工半機械化鑿巖的作業(yè)環(huán)境、降低工人的勞動強度，提高開采效率。其鉆臂的定位精度和速度直接關(guān)系到巖層的鉆爆精度，影響炮孔工藝性、工程效率、礦石的貧化率及利用率，是鑿巖機器人領(lǐng)域重要的研究課題之一。地下采礦巷道和施工隧道狹窄而曲折，為保障作業(yè)的靈活性、避障性和操作性能，鑿巖機器人普遍采用冗余多自由度關(guān)節(jié)耦合鉆臂，增加了其

2、定位控制運動學(xué)逆解的復(fù)雜性和難度，同時，也降低了求解效率和定位精度。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于D-H方法建立鉆臂運動學(xué)模型，推導(dǎo)出鉆臂執(zhí)行機構(gòu)末端相對機身的正向運動學(xué)方程。提出一種交叉精英反向粒子群優(yōu)化（CEOPSO）算法搜索鉆臂目標位姿逆解。將交叉算子引入精英反向粒子群優(yōu)化算法中，在維護粒子個體與最優(yōu)解之間信息交換的基礎(chǔ)上，增加粒子個體之間的信息交換，采用自適應(yīng)慣性權(quán)重和交叉概率參數(shù)控制技術(shù)，提高算法的搜索能力和鉆臂定位效

3、率。仿真結(jié)果表明，CEOPSO算法迭代過程平穩(wěn)，提高了鉆臂定位控制性能，具有較好的工程應(yīng)用價值。⑵鉆臂結(jié)構(gòu)龐大，動力學(xué)模型參數(shù)辨識困難且精度低。采用牛頓-歐拉法建立鉆臂動力學(xué)模型。為減少辨識過程因關(guān)節(jié)運動產(chǎn)生的沖擊震蕩，基于傅立葉級數(shù)規(guī)劃鉆臂運動關(guān)節(jié)軌跡。在CAD辨識法基礎(chǔ)上，采用理論辨識法對鉆臂各關(guān)節(jié)動力學(xué)參數(shù)進行分步辨識，為鉆臂動力學(xué)的準確建模提供精確參數(shù)。⑶建立包含參數(shù)誤差和形變誤差的鉆臂定位誤差模型。設(shè)計了一種5參數(shù)D-H鉆臂模